Применение измерителей амплитудно-частотных характеристик

Основным назначением измерителей АЧХ является исследование амплитудно-частотных характеристик линейных четырехполюсников. Измерители АЧХ также применяются для исследования частотной зависимости крутизны АЧХ, измерения добротности колебательных контуров и резонаторов, параметров высокочастотных цепей.

Рассмотрим методику и особенности этих измерений.

Измерение АЧХ. Для неискаженного воспроизведения АЧХ на экране измерителя необходимо выполнить ряд условий, связанных как со свойствами исследуемого устройства, так и с диапазоном рабочих частот.

Нормальный режим эксплуатации прибора соответствует работе ГКЧ на согласованную нагрузку. Обычно выходное сопротивление ГКЧ на низких частотах равно 600 Ом, а на высоких — 75 или 50 Ом. Если входное сопротивление исследуемого четырехполюсника существенно отличается от указанных величин, то применяют согласующие устройства. В частности, когда четырехполюсник имеет низкоомный вход, включают делитель напряжения.

Качество согласования можно проверить, подавая на индикаторное устройство прибора напряжение с согласованной проходной детекторной головки, включенной между ГКЧ и исследуемым четырехполюсником. При этом на экране получается изображение огибающей напряжения ГКЧ, по которому можно оценить неравномерность амплитуды напряжения в установленной полосе качания частоты.

При исследовании активных четырехполюсников, в частности усилителей, возможны искажения формы АЧХ вследствие нелинейности амплитудной характеристики последних. Эти искажения можно обнаружить по изменению формы исследуемой АЧХ при увеличении напряжения ГКЧ. Снятие АЧХ усилителей следует проводить при минимально необходимом напряжении на входе, причем уменьшение этого напряжения не должно вызывать изменений формы АЧХ на экране.

При измерении АЧХ четырехполюсников с большим затуханием напряжение на выходе исследуемой цепи мало. При этом появляются искажения формы АЧХ, вызванные работой на нелинейном участке характеристики детектора.

Для большинства измерителей АЧХ нормальный режим работы соответствует подаче на вход детекторной головки напряжения более 0,2 B. При уменьшении этого напряжения до 10 мкВ коэффициент передачи детектора падает примерно в 10 раз, поэтому при исследовании устройств с большим затуханием напряжение с выхода исследуемой цепи подается сначала на широкополосный усилитель, а затем — на детекторную головку. Это устраняет искажения формы АЧХ, обусловленные нелинейностью характеристики детектора, но приводит к дополнительным погрешностям, связанным с неравномерностью АЧХ усилителя.

Измерители могут использоваться для исследования АЧХ схем и устройств с преобразованием частоты. При этом необходимо учитывать, что частотные метки соответствуют частоте ГКЧ, а наблюдаемая АЧХ — частоте на выходе исследуемой схемы. Так, в случае гетеродинного преобразования частоты и выделения напряжения разностной составляющей метки на экране прибора соответствуют частотам f = f _м ‒ f _гет, где f _м — частота метки; f _гет — частота настройки гетеродина исследуемой схемы. При этом частотные интервалы между метками не меняются.

Ранее было указано, что измерители АЧХ снабжаются комплектом детекторных головок. При измерении АЧХ низкочастотных устройств пользуются высокоомными детекторными головками, которые могут включаться как на выходе, так и в промежуточных точках исследуемого устройства. С повышением частоты входное сопротивление детекторной головки падает и становится заметным ее влияние на исследуемую цепь, поэтому на высоких частотах применяют согласованные детекторные головки, включаемые на выходе цепи вместо нагрузки. Входное сопротивление такой головки должно быть равно сопротивлению нагрузки. При необходимости детекторная головка включается через согласующее устройство.

Измерение добротности. Это очень простой способ, основанный на измерении резонансной частоты исследуемой цепи f ₀ и ее полосы пропускания ∆ f ₀. Добротность рассчитывается по формуле

Q = f ₀/ ∆ f ₀.

При линейных характеристиках детекторной головки и усилителя вертикального канала полоса пропускания определяется на уровне 0,707 U _0вых, где U _0вых — максимальное напряжение на выходе цепи (рис. 12.9 а). В ряде случаев удобнее пользоваться формулой

Q = 0,5 , (12.2)

где f ₁ и f ₂ — частоты, отсчитанные на уровне 0,707.

Более точный способ определения добротности основан на изменении частотного интервала между максимумами частотной характеристики крутизны АЧХ. Эту кривую можно получить на экране ЭЛТ описанным ранее способом двойной частотной модуляции напряжения ГКЧ. Амплитудно-частотная характеристика колебательного контура имеет следующую максимальную крутизну при обобщенных расстройках:

= = ±0.707, (12.3)

где — частоты, соответствующие максимумам частотной характеристики крутизны АЧХ (рис. 12.9 б).

Из формулы (12.3) с учетом формулы (12.2) получим следующую расчетную формулу:

Q = 0,5 .

Погрешности при определении добротности с помощью измерителей АЧХ прежде всего обусловлены шунтирующим действием цепей возбуждения и детектора и динамическими искажениями формы АЧХ на экране, поэтому нужно стремиться к минимальной связи исследуемой цепи с ГКЧ и пользоваться детекторной головкой с большим входным сопротивлением.

Для уменьшения динамических погрешностей скорость изменения частоты ГКЧ следует устанавливать с учетом изложенного ранее.

 

Контрольные вопросы

1 В чем заключается способ образования частотных меток и измерения частот?

2 Объясните работу структурной схемы образования меток?

3 Как повысить точность измерения частот на экране измерителя АЧХ?

4 В чем заключается методика снятия и построения АЧХ?

5 В чем заключается методика измерения добротности?